تبدأ بطارية الليثيوم أيون في الاندفاع على طول الطريق، وتقترب من طاقة البطارية

في عام 1800، اخترع أليساندرو فولتا، عالم الفيزياء الإيطالي، بطارية فولتا، أول بطارية في تاريخ البشرية. كانت البطارية الأولى مصنوعة من صفائح الزنك (الأنود) والنحاس (الكاثود) والورق المنقوع في الماء المالح (المنحل بالكهرباء)، مما يدل على الإمكانية الاصطناعية للكهرباء.

منذ ذلك الحين، كجهاز يمكنه توفير تيار مستمر ومستقر، شهدت البطاريات أكثر من 200 عام من التطوير وتستمر في تلبية طلب الناس على الاستخدام المرن للكهرباء.

في السنوات الأخيرة، مع الطلب الكبير على الطاقة المتجددة وزيادة القلق بشأن التلوث البيئي، تستمر البطاريات الثانوية (أو البطاريات) التي يمكنها تحويل أشكال الطاقة الأخرى إلى طاقة كهربائية وتخزينها على شكل طاقة كيميائية في إحداث تغييرات في الطاقة نظام.

يظهر تطور بطارية الليثيوم تقدم المجتمع من جانب آخر. في الواقع، يعتمد التطور السريع للهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر والكاميرات والمركبات الكهربائية على نضج تكنولوجيا بطاريات الليثيوم.

تشن الجنرال. ولادة بطارية الليثيوم والقلق تقترب

ولادة بطارية الليثيوم

تحتوي البطارية على أقطاب موجبة وسالبة. عادةً ما يتكون القطب الموجب، المعروف أيضًا باسم الكاثود، من مواد أكثر استقرارًا، بينما يتكون القطب السالب، المعروف أيضًا باسم الأنود، عادةً من مواد معدنية "عالية النشاط". يتم فصل الأقطاب الموجبة والسالبة بواسطة المنحل بالكهرباء وتخزينها في شكل طاقة كيميائية.

التفاعل الكيميائي بين القطبين ينتج عنه أيونات وإلكترونات. تتحرك هذه الأيونات والإلكترونات في البطارية، مما يجبر الإلكترونات على التحرك للخارج، وتشكيل دورة وتوليد الكهرباء.

في السبعينيات، أدت أزمة النفط في الولايات المتحدة، إلى جانب الطلب الجديد على الطاقة في المجالات العسكرية والطيران والطب وغيرها، إلى تحفيز البحث عن بطاريات قابلة لإعادة الشحن لتخزين الطاقة النظيفة المتجددة.

من بين جميع المعادن، يتمتع الليثيوم بثقل نوعي وإمكانات إلكترود منخفضة جدًا. بمعنى آخر، يمكن لنظام بطاريات الليثيوم تحقيق أقصى كثافة للطاقة من الناحية النظرية، لذلك يعتبر الليثيوم هو الاختيار الطبيعي لمصممي البطاريات.

ومع ذلك، فإن الليثيوم شديد التفاعل ويمكن أن يحترق وينفجر عند تعرضه للماء أو الهواء. لذلك، أصبح ترويض الليثيوم هو المفتاح لتطوير البطارية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يتفاعل الليثيوم بسهولة مع الماء في درجة حرارة الغرفة. إذا كان سيتم استخدام معدن الليثيوم في أنظمة البطاريات، فمن الضروري إدخال إلكتروليتات غير مائية.

في عام 1958، اقترح هاريس استخدام المنحل بالكهرباء العضوية باعتباره المنحل بالكهرباء للبطارية المعدنية. في عام 1962، قامت شركة لوكهيد وشركة سبيس كو. طرح شيلتون جونيور من الجيش الأمريكي وكوك فكرة "نظام إلكتروليت الليثيوم غير المائي".

صمم شيلتون وكوك نوعًا جديدًا من البطاريات، والذي يستخدم معدن الليثيوم ككاثود، وهاليدات Ag، وCu، وNi ككاثود، وملح معدني منخفض نقطة الانصهار lic1-AlCl3 مذاب في كربونات البروبيلين ككهارل. على الرغم من أن مشكلة البطارية تجعلها تبقى في المفهوم بدلاً من الجدوى التجارية، فإن عمل شيلتون وكوك هو بداية أبحاث بطاريات الليثيوم.

في عام 1970، قامت شركة باناسونيك للكهرباء اليابانية والجيش الأمريكي بشكل مستقل بتصنيع مادة كاثود جديدة - فلوريد الكربون في نفس الوقت تقريبًا. تم تحضير فلوريد الكربون البلوري مع التعبير الجزيئي لـ (CFx) N (0.5 ≥ x ≥ 1) بنجاح بواسطة شركة Panasonic Electric Co., Ltd. وتم استخدامه كأنود لبطارية الليثيوم. يعد اختراع بطارية فلوريد الليثيوم خطوة مهمة في تاريخ تطوير بطاريات الليثيوم. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إدخال "المركب المضمن" في تصميم بطارية الليثيوم.

ومع ذلك، من أجل تحقيق الشحن والتفريغ العكسيين لبطارية الليثيوم، فإن المفتاح هو إمكانية عكس التفاعل الكيميائي. في ذلك الوقت، كانت معظم البطاريات غير القابلة لإعادة الشحن تستخدم أنودات الليثيوم والإلكتروليتات العضوية. من أجل إنتاج بطاريات قابلة لإعادة الشحن، بدأ العلماء في دراسة الإدخال العكسي لأيونات الليثيوم في القطب الموجب لكبريتيد المعدن الانتقالي متعدد الطبقات.

وجد ستانلي ويتنجهام من شركة إكسون موبيل أنه يمكن قياس التفاعل الكيميائي المقحم باستخدام طبقات TiS2 كمادة الكاثود، ومنتج التفريغ هو LiTiS2.

في عام 1976، حققت البطارية التي طورها ويتنغهام كفاءة أولية جيدة. ومع ذلك، بعد الشحن والتفريغ المتكرر لعدة مرات، تشكلت تشعبات الليثيوم في البطارية. نمت التشعبات من القطب السالب إلى القطب الموجب، لتشكل دائرة كهربائية قصيرة، مما تسبب في خطر إشعال المنحل بالكهرباء وفشل في النهاية.

في عام 1989، بسبب حادث حريق بطاريات الليثيوم/الموليبدينوم الثانوية، انسحبت معظم الشركات باستثناء عدد قليل من الشركات من تطوير بطاريات معدن الليثيوم الثانوية. توقف تطوير البطاريات الثانوية المصنوعة من معدن الليثيوم بشكل أساسي بسبب عدم إمكانية حل مشكلة السلامة.

نظرًا للتأثير الضعيف للتعديلات المختلفة، ظل البحث عن بطارية الليثيوم المعدنية الثانوية راكدًا. أخيرًا، اختار الباحثون حلاً جذريًا: بطارية كرسي هزاز تحتوي على مركبات مدمجة كالأقطاب الإيجابية والسلبية للبطاريات الثانوية المصنوعة من معدن الليثيوم.

في الثمانينيات، درس جودناو بنية طبقات كوبالات الليثيوم ومواد كاثود أكسيد نيكل الليثيوم في جامعة أكسفورد بإنجلترا. وأخيرًا، أدرك الباحثون أنه يمكن إزالة أكثر من نصف الليثيوم من مادة الكاثود بشكل عكسي. أدت هذه النتيجة أخيرًا إلى ولادة The.

في عام 1991، أطلقت شركة سوني أول بطارية ليثيوم تجارية (أنود الجرافيت، مركب الليثيوم الكاثود، ملح الليثيوم السائل المذاب في مذيب عضوي). نظرًا لخصائص كثافة الطاقة العالية والتركيبات المختلفة التي يمكن أن تتكيف مع بيئات الاستخدام المختلفة، فقد تم تسويق بطاريات الليثيوم واستخدامها على نطاق واسع في السوق.